Лекция 5.2 Ферменты в медицине (часть I)

Практическое использование достижений энзимологии можно найти во всех областях деятельности человека. Ферменты используются в лёгкой, пищевой, микробиологической, фармацевтической промышленности, а также в генноинженерных исследованиях и биотехнологии. Успехи энзимологии находят всё большее применение в медицине.

Медицинская энзимология – новое направление энзимологии, которая имеет свои цели и задачи, специфические методологические подходы и методы исследований.

Медицинская энзимология развивается по трём направлениям:

1. Энзимодиагностика, которая в свою очередь развивается по двум путям:

а) применение высокоочищенных ферментов в качестве избирательных реагентов для количественного определения (с диагностической целью) нормальных или аномальных химических веществ в биологических жидкостях (моча, кровь, желудочный сок и др.);

б) обнаружение (открытие) самих ферментов при поражении органов и тканей.

2. Изучение таких болезней, причина которых лежит в отсутствии или недостаточности тех или иных ферментов – энзимопатологии или энзимопатии.

3. Энзимотерапия – использование ферментов и регуляторов активности ферментов в качестве лекарственных препаратов.

Энзимодиагностика Органная специфичность в распределении ферментов

Дифференцировка клеток на органы и ткани сопровождается биохимическими изменениями в них. В результате таких изменений каждый орган и ткань имеют специфический белковый (в том числе ферментный) состав. Многие ферменты широко распространены в разных тканях, но в различных количествах. По увеличению активности таких ферментов трудно судить о локализации первичных патологических изменений, это неспецифические ферменты. Есть и такие ферменты, которые активны только в одном или нескольких органах и фактически отсутствуют во всех других. Это органоспецифические ферменты, они наиболее информативны, так как увеличение их активности свидетельствует о поражении соответствующих органов. Например, известно всего два фермента, которые находятся только в одном органе – в печени – это орнитинкарбамоилтрансфераза (КФ 2.1.3.3) и урокиназа (КФ 4.2.1.49). Для двух органов специфичны гистидаза (КФ 4.3.1.3) – в печени и эпидермисе, трансамидиназа (КФ 2.1.4.1.) – в почках и поджелудочной железе, креатинкиназа (КФ 2.7.3.2) – в сердечной и скелетной мышцах, гунидинацетат-метилтрансфераза (КФ 2.1.1.2) – в печени и поджелудочной железе. Кислая фосфатаза (КФ 3.1.3.2) очень активна в предстательной железе и малоактивна (до 10% от максимума) в других органах.

Ферменты сыворотки крови

Большинство ферментов находится во внутриклеточной среде (в цитоплазме и органеллах). Тем не менее, о скорости синтеза ферментов и об интенсивности выхода из клеток можно судить по их активности в биологических жидкостях (кровь, слюна, ликвор и др.). Наиболее важным в диагностическом процессе является исследование ферментов плазмы крови. Ферменты, которые обнаруживаются в норме в плазме или в сыворотке крови условно можно разделить на три группы: секреторные, индикаторные и экскреторные. Секреторные ферменты синтезируются в печени, в норме выделяются в плазму крови, где играют определённую физиологическую роль. Например, это ферменты, участвующие в процессе свёртывания крови. Индикаторные (клеточные) ферменты попадают в кровь из тканей, где они выполняют определённые внутриклеточные функции (например, лактатдегидрогеназа, альдолаза и др.). Уровень их сывороточной активности зависит от содержания энзимов в тканях, молекулярной массы, внутриклеточной локализации, прочности связи фермента со своей органеллой, а также от скорости гидролитического разрушения и элиминации. Большая часть индикаторных ферментов в норме определяется в сыворотке крови лишь в следовых количествах. При поражении тех или иных тканей ферменты из клеток «вымываются» в кровь, их активность в сыворотке резко возрастает и таким образом, является индикатором степени и глубины повреждения этих тканей. Клеточные ферменты принято делить на неспецифические и органоспецифические (см. выше). Экскреторные ферменты образуются пищеварительными железами и из их секретов поступают в кровь. К ферментам этой группы можно отнести амилазу, липазу, трипсин и др.

Существует другая классификация сывороточных ферментов, по которой их делят на функциональные и нефункциональные. Функциональные ферменты – те ферменты, которые в норме постоянно циркулируют в крови человека и выполняют физиологические функции. К ним относят, например, проферменты компонентов свёртывающей и противосвёртывающей систем крови. Эти ферменты синтезируются в печени, их концентрация в крови такая же, как в тканях, или более высокая. Нефункциональные ферменты плазмы известных физиологических функций в крови не выполняют, их субстраты в плазме не обнаруживаются. Активность нефункциональных ферментов в норме в крови очень мала. Например, это ферменты, выделяемые эндокринными железами: панкреатическая амилаза и липаза, щелочная фосфатаза (из желчи), кислая фосфатаза (из предстательной железы). Причинами появления нефункциональных ферментов в плазме крови являются нормальные процессы разрушения клеток (эритроцитов, лейкоцитов и др.) и удаление ферментов из внеклеточной жидкости путём инактивации и деградации или экскреции.